La Terre

La Terre.
Si la Terre était une sphère homogène immobile, elle serait parfaitement sphérique,
comme elle tourne sur elle-même elle serait en réalité une sphère aplatie : l’ellipsoïde de
référence…
Mais la Terre n’est pas homogène ; elle ne présente donc pas une forme géométrique
régulière, c’est une sorte de patatoïde : le géoïde.
Ce géoïde se déforme en permanence:
 Sous l’effet des mouvements de magma et de la tectonique des plaques : ces variations
sont très lentes.
Ainsi l’Amérique s’éloigne de l’Europe à une vitesse 2 cm/an < v < 3 cm/an. Cette
vitesse avait été déduite du mouvement des plaques à l’échelle géologique (par exemple
200 km en 10 millions d’années) à partir des sédiments, des fossiles, du champ
magnétique terrestre etc… On peut maintenant mesurer directement cette distance par
satellite et vérifier qu’elle augmente effectivement de 2 cm chaque année !!! On a des
mouvements horizontaux et verticaux de la surface des continents et des océans.
 Sous l’effet des marées provoquées par l’attraction gravitationnelle du Soleil et de la
Lune. L’altitude des océans et des continents varie sous l’effet de cette attraction… Ces
marées donnent aussi naissance à des courants dans les océans.
 Sous l’effet des courants marins dans les océans.
 Sous l’effet des conditions atmosphériques dans les océans (marées barométriques) :
Pression atmosphérique, vent et température.
Etude des océans.
Les océans représentent 70% de la surface de la Terre mais leur étude est très difficile à
cause de leur étendue et de la présence humaine très faible sur et sous la surface… Leur étude
globale n’a commencé que depuis une cinquantaine d’années.
Surface des océans : 360 millions de km2 soit environ 700 fois la surface de la France.
Masse d’eau dans les océans : 1.4 milliards de milliards de tonnes soit 1,4 x 1018 tonnes.
Profondeur moyenne : 3800 mètres.
Profondeur maximum : 11000 mètres dans la fosse des Kouriles.
Températures : En surface : 30°C à l’Equateur et –3°C près des pôles. A partir d’une
centaine de mètres de profondeur la température est partout voisine de –4°C.
Vitesse des courants : parfois plus de 1 m/s en surface, en général quelques mm/s en
profondeur.
Débit des grands courants marins: plusieurs dizaines de millions de tonnes par seconde.
Inertie thermique : Pour chauffer 1m3 d’eau de 1°C, il faut 4,18 millions de Joules.
Pour chauffer 1m3 d’air de 1°C, il ne faut que 1300 Joules.
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L’observation des océans peut se faire :
I)A partir de navires océanographiques.
Ils ont surtout permis l’exploration des fonds
marins (dorsales médio-océaniques, nodules
polymétalliques, fumeurs noirs….) mais aussi
la faune.
Ils ne permettent pas de faire une étude
simultanée à grande échelle de la surface
d’un océan.
II)Avec les satellites d’observation de la Terre, en particulier les satellites météo.
Ils permettent de faire une étude systématique et automatique :
 Température de la surface (Sea Surface Température SST) par IR (Infra Rouge).
 Vitesse du vent.
 Nébulosité.
 Plancton.
Ces satellites peuvent être géostationnaires (Nimbus…) ou à défilement.
III)A partir de bouées dérivantes suivie par balises Argos depuis 1978.
Ces bouées dérivent au gré des courants. La balise émet un signal régulier (400 ~MHz)
qui permet à trois satellites de calculer la position de la bouée par effet Doppler. Ces bouées
peuvent transmettre des mesures (température…) faites par la bouée.
Voir fonctionnement du système Argos sur le site du lycée à :
http://www.lpi.ac-poitiers.fr/ateliers/aps/fr/index.html
Certaines bouées automatiques peuvent plonger au fond des océans et remonter
régulièrement à la surface : d’après la distance parcourue entre deux localisations on peut en
déduire la vitesse des courants sous-marins et les conditions physiques rencontrées
(température, salinité). En 2005, 2000 bouées Argo de ce type se déplacent dans les océans.
IV)En utilisant un récepteur GPS.
En permanence un récepteur GPS peut donner sa position à quelques mètres près à partir
d’une constellation de 24 satellites.
Voir fonctionnement du système GPS sur le site du lycée à :
http://www.lpi.ac-poitiers.fr/ateliers/aps/fr/index.html
V)A partir de satellites équipés d’un radar : Topex-Poséidon (1992) et Jason (2001) et
Envisat.
Ils permettent de mesurer la hauteur des océans à 1 ou 2 cm près !!! On peut ainsi
observer des creux et des bosses de plusieurs dizaines de centimètres qui apparaissent,
disparaissent et/ou se déplacent sur l’océan !
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Circulation océanique globale.
Les eaux chaudes et salées du Gulf Stream se refroidissent en remontant vers le nord.
Elles deviennent alors plus denses et plongent au fond de l’océan.
Tous les déplacements d’eaux chaudes tropicales vers les pôles s’accompagnent d’un
phénomène semblable. De plus en se déplaçant les eaux subissent la force de Coriolis.
Nous avons une continuité entre tous ces courants qui tous arrivent ou partent du Courant
Circumpolaire Antarctique : C’est la circulation océanique mondiale que l’on appelle aussi le
tapis roulant.
Les lois physiques qui donnent naissance
aux courants marins.
I)Effet de serre : L’atmosphère capte une partie de la chaleur réfléchie par la Terre. La
température moyenne de l’atmosphère est de 15°C au niveau de la mer. S’il n’y avait pas
d’effet de serre la température moyenne à la surface de la Terre serait de –18°C. Cet effet est
essentiellement dû au CO2 mais aussi H2O, O3, SO2…
II)Température des océans : 25 à 30°C à l’Equateur, -3°C près des pôles, 4°C au fond des
océans quelle que soit la latitude. Quand la température de l’océan augmente, l’eau se dilate…
Une partie de la chaleur apportée par le Soleil sous l’Equateur et les Tropiques est transportée
aux Pôles par les courants marins.
III)Salinité : Il y a 35 mg de sel par litre d’eau de mer ; la salinité varie peu, sauf :
 entre les Tropiques où l’évaporation provoque une augmentation de la salinité,
 à l’embouchure de grands fleuves et des glaciers (Antarctique et Groenland) où elle
diminue.
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IV)Pression atmosphérique (unité le Pascal): la Pression atmosphérique moyenne à la
surface des océans est de 1013 hPa (101300 Pa).
Autre unité de pression : 1 Bar = 1 atmosphère = 1000 hPa. Cela correspond à une force de
10N (poids d’une masse de 1kg) qui appuie sur une surface de 1 cm² !!!
Quand on descend de 10 m dans l’océan la pression augmente de 1 atmosphère. Dans la
fosse des Kouriles à 11000m de profondeur, la pression est donc d’environ 1100 atmosphères
cela correspond au poids d’une masse de 11000 kg qui appuie sur une surface de 1cm² !!!
V)Attraction Universelle : deux corps de masse m et m’ s’attirent mutuellement avec une
force :

m * m'
F  6.67 *10 11
(unités : m et m’ en kg, F en N et d en m).
d2
Le coefficient 6.67*10-11 étant faible, cette force n’est pas très importante sauf lorsque les
masses m et/ou m’ sont grandes (étoiles, planètes…).
Quand la distance d entre les deux masses m et m’ double, la force F est divisée par 4 !
Ainsi l’attraction du Soleil sur Terre (située à 150 millions de km) est à peu près équivalente à
celle de la Lune de masse beaucoup plus faible qui se trouve à seulement 380000 km de la
Terre.
V-1)Marées :
Les marées sont dues à l’attraction du Soleil et de la Lune qui provoquent une déformation
de la Terre (océans et continents).
Cette déformation est très faible sur les continents et au centre des océans. Ce n’est qu’au
voisinage des continents que les courants créés par les marées entraînent un marnage
important. Ce marnage dépend de la position relative de la Terre, la Lune et le Soleil.
V-2)Relief de la surface des océans :
S’il y a une ‘bosse’ au fond de l’océan, l’attraction gravitationnelle est plus importante,
cela se traduira par une bosse, de plus faible amplitude, plus étalée à la surface.
Schéma N°1 Si la terre, la Lune et le Soleil était immobile la surface de l’océan serait immobile déformée par les
irrégularités de la gravitation terrestre.
Schéma N°2 Avec les mouvements de marées, le vent, les différences de température et de salinité de l’eau, la
surface des océans se déforme en permanence.
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La surface de référence correspond au niveau moyen des mers (MSL). La topographie
dynamique dépend de la température de l’eau, de la pression atmosphérique, de la salinité, du
vent, des marées, des courants océaniques et de la force de Coriolis…
VI)Force de Coriolis :
Voir Force de Coriolis.doc…
Dans l’hémisphère Nord, une bouée descend dans un creux à la surface de l’océan en
tournant en sens inverse des aiguilles d’une montre.
Dans l’hémisphère Nord, une bouée descend d’une bosse à la surface de l’océan en
tournant dans le sens des aiguilles d’une montre.
C’est l’inverse dans l’hémisphère Sud.
http://www-aviso.cnes.fr
http://www.mercator.com.fr
http://www.cls.fr
http://www.cnes.fr
http://earthobservatory.nasa.gov/
http://www.cnes.fr/html/_.php
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http://www.nasa.gov/
Alfred Wegener Institute : http://www.ewoce.org/index-e.html
Ocean Data View Home: http://www.awi-bremerhaven.de/GEO/ODV/
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